铜离子对葡萄试管苗的毒害机理研究

管 虹

摘要以葡萄试管苗为材料,研究不同浓度Cu2+对葡萄试管苗生长的影响及机理,检测铜离子毒害模式。结果表明:在5mg/L Cu2+胁迫处理下,所检测的试管苗长势及各项生长指标均优于对照组,从而进一步证明了铜离子作为植物必需微量元素在低浓度时促进植物生长;10mg/L、15mg/L Cu2+胁迫处理对试管苗生长不利,表现出试管苗的生根数、根长均低于对照组,即抑制了试管苗的生长;40mg/L Cu2+为胁迫试管苗的致死浓度。

关键词铜离子;葡萄试管苗;胁迫;毒害机理

中图分类号X173;Q945.78文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)21-0061-02

随着我国工农业生产的发展,重金属污染物的来源渠道明显增加,如工业三废以及农业中含铜农药的过量使用等,由此产生的环境污染随之加重,从而使植物正常的新陈代谢、发育以及产量品质受到影响。不同种类的植物其耐受性也不尽相同,即使同种植物也会因生活环境的差异而分化出不同耐受性的生态型。通过对植物的重金属毒害及其耐受性进行研究,为治理重金属污染的土壤和生态恢复提供帮助,从而保护生态环境,生产绿色产品,为人类健康服务。

1材料与方法

1.1试验材料

试验材料为潍坊学院植物组培实验室培养的葡萄试管苗,共3个品种,分别是克瑞斯(17号)、安逸无核(A27)、螺沙(LS),每个品种11瓶。培养基为:GS培养基+0.5%琼脂+2%蔗糖,培养基pH值为5.8～6.0,培养温度(27±2)℃,光照时间每天16h,光照强度为2 000Lx。

1.2试验设计

为摸索Cu2+的毒害计量,向试验材料培养基中添加CuSO4,浓度分别为0mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L、40mg/L,其中0mg/L作为对照组,5mg/L、10mg/L、15mg/L、40mg/L作为试验组。将培养30～35d的葡萄试管苗,切去茎尖与下部茎段,取中间第2、第3节位的芽接种。每瓶培养基接种2芽,每种Cu2+处理浓度接种20瓶。培养第10天开始,每隔5d随机选择11棵试管苗,分别测其试管苗生根数,共测5次。接种后第18天开始取样测定质膜相对透性,每隔5d测定1次,共测3次。于接种后第30天取样测定叶绿素含量及叶片净光合速率。3次重复。

1.3测定方法

试管苗生长指标的测定:每隔5d随机抽取10瓶共22棵试管苗,统计生根数,共测3次,计算平均数。叶绿素(Chl)含量的测定:选取各浓度中的葡萄试管苗叶片2～4张,在电子天平上称取0.5g,研磨,匀浆,用漏斗过滤到50mL容量瓶中,注意在研钵中加入少量80%丙酮将研钵洗净,一并过滤到容量瓶内,并定容至50mL;用723A型分光光度计分别测定663nm和645nm下的吸光度。注意在整个过程中避免强光,以减少光对叶绿素的破坏。光合速率(Pn)的测定:用美国CID公司生产的CID-301PS便携式光合测定仪测定,采用开放式气路;测定条件T=(30±1)℃,空气CO2浓度(400±5)μL/L,每个处理均重复3次。细胞质膜相对透性(PMP)测定:取试管苗顶端第2～4片叶,用去离子水冲洗干净,擦干,用直径0.5cm的打孔器避开主脉取叶圆片,放入干净的三角烧瓶中,加入50mL去离子水,测定初始电导值E0;然后真空抽气30min,充分振荡后测定电导值E1;测定后试管在100℃水浴中加热15min,以杀死植物组织,取出放入自来水冷却至室温测定电导值E2,按照公式(E1-E0)/(E2-E0)×100%计算细胞质膜相对透性。

2结果与分析

由图1~4可知,Cu2+浓度为5mg/L时,葡萄试管苗的生根数、色素总和、净光合速率等指标均高于对照,且细胞质膜相对透性较低;当Cu2+浓度为10mg/L、15mg/L时,葡萄试管苗的生长受到抑制,生根数均低于5mg/L,且净光合速率显著降低;当Cu2+浓度为40mg/L时,葡萄试管苗死亡。

3结论与讨论

通过测定不同浓度的铜处理对不同品种葡萄试管苗幼苗的生长指标和生理指标表明:在5mg/L的Cu2+胁迫处理下试管苗长势及各项生长指标均优于对照。研究认为5mg/L的Cu2+是葡萄试管苗在培养瓶中的合适浓度,因此表现出比对照更好的生长状况。在今后运用试管苗作逆境研究的试材时,当考虑此情况。

通过对整株试管苗的观察可知,对叶片来说,低浓度Cu2+反而有轻微的促进作用,生长指标高于对照组,根部位最先表现出停止生长。其原因可能主要是根直接接触铜溶液,铜毒害首先作用于根部细胞,影响了根细胞的分裂生长与物质的吸收利用,从而抑制了地上部分的生长,使试管苗的生长抑制表现出根系高于茎叶的特点。

通过分析不同浓度的铜处理对葡萄试管苗有关生理指标的影响,发现Cu2+对试管苗的毒理主要原因:随着Cu2+浓度的升高,葡萄试管苗幼苗的叶绿素含量降低,从而抑制了试管苗的光合作用,使净光合速率下降,减慢了幼苗的进一步生长和发育,这与Lidon等人的结论相一致。原因可能是Cu2+的胁迫处理,影响叶绿素合成酶的空间构型或者取代叶绿素合成酶中的Mg2+,从而使酶失去活性,叶绿素合成受阻。此外,在试管苗受到胁迫时,体内产生大量的自由基,可能加速叶片中已有叶绿素的氧化分解,发生了脂质过氧化。通过测定叶片的电导率发现,随Cu2+浓度的升高,膜透性大大增加,说明铜离子可能是通过与细胞膜上一些蛋白基团结合形成络合物,从而改变了细胞膜的结构,并破坏了细胞膜的正常功能,进一步导致了细胞质中的内容物包括大量的营养物质流出细胞,从而使电导率升高,膜透性加大。

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